碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)過一系列熱處理轉(zhuǎn)化而成，含碳量高于90%的無機(jī)高性能纖維，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工型，是新一代增強(qiáng)纖維。近幾年碳纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域中也大展拳腳，應(yīng)用十分廣泛。
碳纖維復(fù)合材料特性
汽車車身的輕量化主要從車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的選擇與替代兩個方面著手。在材料輕量化方面，目前仍以高強(qiáng)度鋼、鎂、鋁和塑料作為主要汽車材料組合，其中尤其以碳纖維最為出色，其優(yōu)越性幾乎可以完全替代鋼材料。其中以樹脂和金屬為基體的復(fù)合材料在車身上的應(yīng)用較為成熟，具有應(yīng)用于車身制造的諸多優(yōu)勢。
(1) 具有較高的強(qiáng)度。碳纖維復(fù)合材料具有目前常用材料中最高的比模量和比強(qiáng)度，用其制成與高強(qiáng)度鋼具有同等強(qiáng)度和剛度的構(gòu)件時，重量可減輕70%左右。
(2) 具有良好的抗疲勞性。碳纖維復(fù)合材料的抗疲勞性能極佳。由于在疲勞載荷作用下的斷裂是材料內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的結(jié)果，碳纖維復(fù)合材料中碳纖維與基體間的界面能有效阻止疲勞裂紋擴(kuò)展，而外加載荷由增強(qiáng)纖維承擔(dān)，因而疲勞強(qiáng)度極限比金屬材料和其他非金屬材料高很多。
(3) 碰撞吸能性好。碳纖維復(fù)合材料是汽車金屬材料最理想的替代材料，在碰撞中對能量的吸收率是鋁和鋼的4～5倍，減輕車身質(zhì)量的同時還能保證不損失強(qiáng)度或剛度，保持防撞性能，極大地降低了輕量化帶來的汽車安全系數(shù)降低的風(fēng)險。
(4) 制造工藝性好。碳纖維復(fù)合材料的工藝性和可設(shè)計(jì)性好，通過調(diào)整CFRP材料的形狀、排布、含量，可滿足構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度等性能要求，能用模具制造的構(gòu)件可一次成型，減少緊固件和接頭數(shù)目，可以大大提高材料利用率。
車身輕量化對續(xù)駛里程的影響
目前汽車車身重量的3/4是鋼材，輕量化空間很大。研究表明，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料車身質(zhì)量僅172kg，而鋼制車身為367.9kg，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕量化效果達(dá)53%以上。
由于純電動汽車受安裝的動力電池的容量限制，其一次充電后的續(xù)駛里程過短，成為影響純電動汽車推廣使用的一個重要因素。如果用碳纖維復(fù)合材料來制造車身，將車身減輕的質(zhì)量用于增加電池?cái)?shù)量，在保持整車質(zhì)量不變的情況下，可以大大提高續(xù)駛里程。
應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料可以極大地實(shí)現(xiàn)電動汽車輕量化來平衡電池組的重量，增加純電動汽車的續(xù)駛里程。當(dāng)然，蓄電池組的安裝需要合適的空間，在不減小乘用空間的基礎(chǔ)上，合理控制碳纖維復(fù)合材料輕量化程度，可增加蓄電池組容量，既保證一定的續(xù)駛里程，同時也避免過分CFRP化帶來的的高成本問題。
碳纖維復(fù)合材料車身大規(guī)模應(yīng)用前景
制約碳纖維復(fù)合材料大范圍應(yīng)用的主要因素包括性價比、供應(yīng)商的結(jié)構(gòu)和能力、汽車發(fā)展和產(chǎn)品環(huán)境等影響。同時它的生產(chǎn)和加工技術(shù)還不夠成熟，應(yīng)用和研發(fā)成本較高，相關(guān)部門缺乏一定的長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃等。
電動汽車，尤其是純電動汽車，對整車輕量化的迫切性比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車更強(qiáng)烈。整車輕量化可以車身輕量化為突破口。迄今為止的研究表明，碳纖維復(fù)合材料是最理想的車身輕量化材料。將碳纖維車身用在純電動汽車上，可以在一定程度上抵消目前動力蓄電池比能量不夠的問題。
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